JP5915962B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
このように構成された本発明においては、燃焼部で生成された燃焼ガスを改質器の出口部側に偏って流すことで、燃焼ガスによって改質器の入口部側が過度に加熱されることを抑制することができる。したがって、過度の加熱による入口部側の改質触媒の劣化や、炭素析出を防止することができる。
このように構成された本発明においては、燃焼ガスは排出口を指向して流れるため、簡易な構成により、燃焼ガスを改質器の出口部側に偏らせて流し、燃焼ガスによって改質器の入口部側が過度に加熱されることを抑制することができる。
改質器の上面から上方に大きく離れた位置に排出口を設けると、燃焼部のうち改質器の入口部寄りの部分で生成される燃焼ガスが、強く上方を指向して(大きな上向きの流速成分をもって)流れるようになる。したがって、改質器の入口部側に燃焼ガスが流れ易くなり、過度に加熱されてしまうおそれがある。
本発明によれば、改質器の上面近傍に排出口を設けたことで、燃焼部のうち改質器の入口部寄りの部分で生成される燃焼ガスが入口部側に流れ、改質器の入口部側が過度に加熱されることを抑制することができる。
排出口の上下方向の寸法が大きいと、燃焼部のうち改質器の入口部寄りの部分で生成される燃焼ガスが、強く上方を指向して流れるようになる。したがって、改質器の入口部側に燃焼ガスが流れ易くなり、入口部側が過度に加熱されてしまうおそれがある。
本発明によれば、排出口は、水平方向の寸法に対し上下方向の寸法を小さく形成することで、燃焼部のうち改質器の入口部寄りの部分で生成される燃焼ガスが入口部側に流れ、改質器の入口部側が過度に加熱されることを抑制することができる。
このように構成された本発明においては、排出口に向けて水平方向に流れる気流を燃焼部の上方に亘って形成することができるため、より効率的に燃焼ガスを改質器の出口部側に偏らせて流し、燃焼ガスによって改質器の入口部側が過度に加熱されることを抑制することができる。
図1は、本発明の一実施形態によるSOFCを示す全体構成図である。この図1に示すように、本発明の一実施形態によるSOFC1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
この燃料電池セル集合体12は、10個の燃料電池セルスタック14を備え、この燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16(図5参照)から構成されている。このように、燃料電池セル集合体12は、160本の燃料電池セルユニット16を有し、これらの燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されている。
また、この燃焼室18の上方には、燃料ガス(原料ガス)を改質する改質器20が配置され、上述した燃焼ガスの燃焼熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、詳細は後述する、燃焼ガスの熱により外部から導入される酸化剤ガス(発電用空気)を加熱する熱交換器22が配置されている。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
図5に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内側(内部)に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
これに対し、図8(a)に示した本発明の一実施形態では、排出口101aを改質器20の上面近傍に設けることで燃焼ガスの上方への指向性を弱め、燃焼ガスが改質器20の出口部20b側に大きく偏って流れることで、改質器20の入口部20a側が過度に加熱されることを効果的に抑制することができる。
これに対し、図8(a)に示した本発明の一実施形態では、排出口101aの形状は、水平方向の寸法Wに対して、上下方向の寸法Hが小さい矩形状とすることで(図7参照)、燃焼ガスの上方への指向性を弱め、燃焼ガスが改質器20の出口部20b側に大きく偏って流れることで、改質器20の入口部20a側が過度に加熱されることを効果的に抑制することができる。
これに対し、図8(a)に示した本発明の一実施形態では、排出口101aはその法線方向Vaが略水平方向となるよう開設されている。これにより、燃焼ガスは水平方向への指向性が高まり、排出口101dからスムーズに排出されるため、燃焼ガスが改質器20の出口部20b側に大きく偏って流れることで、改質器20の入口部20a側が過度に加熱されることを効果的に抑制することができる。
2 燃料電池モジュール
6 ハウジング
8 密封空間
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット
18 燃焼室
20 改質器
21 収容部
20a 入口部
20b 出口部
22 熱交換器
56 ケーシング
58 蒸発混合器
60 被改質ガス供給管
62 水供給管
64、66 燃料供給管
68 燃料ガスタンク
70 燃料ガス配管
72 発電用空気流路
72a 出口ポート
74 発電用空気導入管
74a 導入口
76 発電用空気供給路
78 吹出口
80 燃焼ガス排出室
82 燃焼ガス排出管
84 燃料電池セル
101 排出口
RC 改質触媒
Claims (1)
- 燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置において、
電気的に接続された複数の管状の燃料電池セルを有し、これらの燃料電池セルにより燃料ガスと酸化剤ガスが反応して発電する燃料電池セル集合体であって、管状の燃料電池セルの内側の下端部から上端部へ燃料ガス又は酸化剤ガスの何れか一方が内部ガスとして流れる上記燃料電池セル集合体と、
上記燃料ガスのうち発電に使用されなかった残余の燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、
原料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器であって、改質触媒を収容する収容部と、原料ガスを上記収容部に流入させる入口部と、燃料ガスを上記収容部から流出させる出口部とを有し、上記燃焼部の上方に配置される上記改質器と、
上記燃焼部で生成された燃焼ガスを外部に排出するための排出口と、を収容する発電室と、
上記発電室の外部に設けられ、上記改質器に供給する水蒸気を水から生成すると共に、上記水蒸気と上記原料ガスとを混合する蒸発混合器と、
を有し、
上記燃焼ガスが上記改質器の上記出口部側に偏って流れ上記排出口に至るように、上記排出口は、上記改質器の上面近傍で且つ上記入口部よりも出口部寄りに、その法線方向が略水平となるように配置されるとともに、上下方向の寸法が水平方向の寸法に対して小さく、且つ水平方向の寸法が上記改質器の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする燃料電池装置。
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